Estudos iniciais: Lord Kelvin, Kearns, Ruge e Simmons

Os primeiros estudos realizados sobre medidores foram registrados no ano de 1856,[1]​ quando Lord Kelvin descobriu a relação entre a deformação e a resistência de fios condutores e semicondutores e percebeu como sua resistência elétrica mudava. No início da década de 1930, Charles Kearns usou extensômetros para medir deformações vibratórias em hélices de pás de alto desempenho; Porém, esses medidores não eram muito precisos, pois apresentavam problemas na estabilidade da resistência (R), que era afetada por fatores como temperatura, e eram gerados erros nas medições de deformação. Mais tarde, em 1938, Arthur C. Ruge e Edward E. Simmons descobriram que condutores elétricos de pequeno diâmetro feitos de ligas podiam ser aderidos a superfícies para calcular deformações, e foi assim que os medidores lamelares foram criados. Este tipo de elemento teve grandes avanços e constitui o que hoje se conhece como extensômetros[2].

Direitos de patente: Caltech v. Saunders Roe

A Caltech entrou com um processo pela patente do medidor, mas Simmons levou seu caso à Suprema Corte da Califórnia e ganhou os direitos da patente em 1949. Em 1952, a empresa Saunders-Roe, no Reino Unido, procurou melhorar o desempenho dos medidores, submetendo-os a diferentes ambientes e testando diferentes tipos de materiais para sua fabricação. Patentearam os medidores finos que são atualmente utilizados na medição de deformações, em diversas áreas industriais e científicas. Desta forma, o modelo físico do medidor poderia ser melhorado, reduzindo significativamente tamanho e custos.

Samuel Hunter Christie

Em 1832, Samuel Hunter Christie inventou o instrumento de medição de resistência elétrica (conhecido como ponte de Wheatstone, porque foi melhorado e popularizado em 1843 pelo cientista britânico Charles Wheatstone). O modelo elétrico é composto por quatro resistências em circuito fechado, onde uma delas é a que será avaliada. Isto é usado para medir a resistência equilibrando os braços da ponte.

Charles Wheatstone

Sir Charles Wheatstone foi um cientista e inventor britânico que durante a era vitoriana deu uma grande contribuição com suas invenções, das quais a mais significativa é a ponte de Wheatstone, mas também trabalhou em outras invenções como o estereoscópio, a técnica de codificação Playfair e o caleidofone.

Os extensômetros aproveitam a propriedade física da resistência elétrica e sua dependência não apenas da resistividade do condutor, que é uma propriedade do próprio material, mas também da geometria do condutor. Quando um condutor elétrico é deformado dentro do seu limite de elasticidade, de modo que não ocorra nele ruptura ou deformação permanente, ele se tornará mais estreito e alongado. Este fato aumenta sua resistência elétrica. Da mesma forma, quando o condutor é comprimido ele encurta e alarga, reduzindo assim a sua resistência à passagem da corrente elétrica. Desta forma, medindo a resistência elétrica do medidor, pode-se deduzir a magnitude da tensão aplicada ao objeto.

Medidores metálicos

Os medidores de metal são constituídos por uma base muito fina e fina, à qual está preso um fio metálico muito fino que pode ser enrolado ou dobrado. Os dois terminais onde as extremidades dos fios estão conectados aos transdutores. Esses medidores têm a vantagem de um baixo coeficiente de temperatura, pois a diminuição da mobilidade dos elétrons é compensada pelo aumento da temperatura com o aumento da sua concentração. Nos medidores de metal a corrente máxima é de cerca de 25 mA se o suporte for um bom condutor de calor, e 5 mA caso contrário; Em qualquer caso, nos medidores metálicos existe uma grande limitação de corrente. As principais características dos medidores metálicos em condições normais estabelecem que seu tamanho varia entre 0,4 mm e 150 mm, e uma resistência variável entre 120 Ω e 5000 Ω. Sua tolerância de resistência está na faixa de 0,1% e 0,2%.

A resistência elétrica do medidor de metal é dada pela relação entre a resistividade e o comprimento em relação à área da seção transversal.

Eles podem ser:

As principais ligas utilizadas pelos medidores metálicos são:

Alguns dos materiais utilizados no suporte dos medidores metálicos podem ser:

Os medidores feitos com materiais de suporte epóxi-fenólico reforçados com fibra de vidro são uma boa escolha para excelentes resultados e desempenho ao trabalhar em uma ampla faixa de temperaturas.

Esses materiais podem ser usados ​​para medições estáticas e dinâmicas de -269 a +290 °C.

As diferentes séries de medidores com suporte epoxifenólico podem ser encontradas com diferentes siglas ou abreviaturas: WA, WK, SA, SK, WD e SD.

Medidores de resistência

Esse tipo de medidor é um condutor elétrico que, ao ser deformado, aumenta sua resistência, pois os condutores ficam mais longos e finos. Utilizando a ponte de Wheatstone, podemos converter esta resistência em tensão absoluta. e enquanto a deformação obedecer à lei de Hooke, a deformação e a tensão absoluta serão linearmente relacionadas por um fator denominado fator de calibre.

Este tipo de medidor é geralmente usado em condições de laboratório.

Medidores de capacitância

Estes estão associados a características geométricas e são usados ​​para medir tensões e deformações. As propriedades elétricas dos materiais utilizados para deformação possuem propriedades elétricas insignificantes, portanto os materiais dos medidores de capacitância podem ser calibrados de acordo com os requisitos mecânicos. Isso permite que eles tenham melhores calibrações em comparação com o tipo elétrico.

Medidores fotoelétricos

Utilizando um extensômetro podemos amplificar o movimento da amostra, enquanto um raio de luz passa por uma abertura variável, atuando com o extensômetro e diretamente com uma célula fotoelétrica. À medida que o medidor muda sua abertura, também muda a quantidade de luz que chega à célula, o que significa que a intensidade da energia gerada pela célula apresenta uma variação, que podemos medir, e a partir disso obtemos a deformação.

Medidores de semicondutores

Nos medidores semicondutores existe um elemento semicondutor em vez do fio metálico. A grande diferença em relação aos demais medidores é o seu tamanho, já que é menor. A potência máxima dissipável em medidores de semicondutores é de cerca de 250 mW. Os medidores semicondutores são capazes de suportar alta resistência, sua vida à fadiga é maior e possuem menor histerese, que é a capacidade do material de reter suas propriedades sob diferentes estímulos.

Existem alguns aspectos característicos: em condições normais, seu tamanho varia entre 1 mm e 5 mm, sua resistência está entre aproximadamente 1000 Ω e 5000 Ω e sua tolerância de resistência está entre 1% e 2%.

Os elementos mais abundantes para fazer esses medidores são:

Os extensômetros personalizados são fáceis de instalar e fornecem medições de temperatura bastante precisas no ponto onde os sensores são instalados; Eles também podem ser usados ​​em processos industriais e militares que envolvem medições de tubos de expansão. Esses sensores são adaptados para medir a tensão circular em torno do diâmetro da superfície na qual estão montados.[6]​.

Comprimento

Corresponde à região ativa ou comprimento da grade sensível à tensão de um medidor. Cotovelos e almofadas de solda não são significativamente sensíveis ao estresse, devido à sua grande seção transversal e baixa resistência elétrica. Existem medidores com comprimentos que variam de 0,2 mm. até 100 mm.

Concentração de esforço

Um dos fatores mais importantes na determinação do desempenho ideal de um extensômetro é o seu comprimento. Por exemplo, quando se deseja determinar as medições de tensões em alguma parte ou estrutura crítica de uma máquina, essas medições devem ser feitas nas partes onde estão concentradas as maiores tensões, que geralmente são aquelas que apresentam maior grau de fadiga. Os extensômetros tendem a integrar ou calcular a média da área coberta pela grade, pois essa média, a da distribuição de uma tensão não uniforme, é sempre menor que o máximo.

Um extensômetro que seja mais longo que a região de tensão indicará uma magnitude de tensão muito baixa.

Ter em conta, como regra geral e na medida do possível, que o comprimento de um medidor não deve ser superior à dimensão da causa da tensão, para que tal medição seja aceitável. Quando a causa da tensão é pequena (da ordem de 13 mm), de acordo com a regra geral, devem ser utilizados medidores muito pequenos, e como a utilização destes traz consigo outra série de problemas, uma relação de compromisso teria que ser alcançada.

medidores curtos

Strain gages cujo comprimento é de cerca de 3 mm. Eles tendem a experimentar um desempenho um tanto degradado, especialmente no que diz respeito ao seu alongamento máximo, à sua estabilidade sob condições de tensão estática e à sua durabilidade quando submetidos a tensões cíclicas alternadas. Quando qualquer uma dessas condições diminui a precisão da medição em maior extensão que a tensão média, é necessário utilizar um medidor mais longo.

Medidores longos

Quando for necessária a utilização deste tipo de medidores, vale citar algumas vantagens que podem ser obtidas com sua utilização:

Todas essas considerações podem ser muito importantes quando se trabalha com materiais plásticos ou algum outro tipo de material que possua baixa dissipação de calor.

Média de esforço

Uma das aplicações dos extensômetros longos é a capacidade de determinar tensões em materiais não homogêneos.

Tomando como exemplo o betão, onde podemos encontrar uma mistura de agregados, geralmente pedra, e cimento; Quando medimos os esforços sobre um material deste tipo, é aconselhável utilizar um medidor suficientemente longo para cobrir vários pedaços de agregado, para obter uma amostra representativa dos esforços que estão a ser gerados na estrutura. O que se busca neste tipo de medição são as médias e não os pontos de tensão máxima gerados na interface agregado-cimento. Quando se deseja medir as tensões neste tipo de estruturas não homogêneas, o comprimento do medidor deve ser maior que o comprimento das partículas do material não homogêneo.

Para tratar a variação de tensão é utilizada uma ponte de Wheatstone, que é formada por quatro resistores unidos em um círculo fechado, sendo que um deles é a resistência sob medição. A ponte de Wheatstone pode operar em corrente contínua e alternada, permitindo medições de diferentes resistências. A sensibilidade deste elemento depende de como ele é composto. Desta forma, é possível medir resistências desconhecidas equilibrando os braços da ponte.

Porém, este método pode apresentar alguns erros em sua medição, devido a aspectos como os seguintes:

A forma mais comum de obter um sinal elétrico como resultado de uma medição utilizando a ponte de Wheatstone é através do método de deflexão. Este método, ao invés de avaliar o equilíbrio da ponte, o que faz é medir a diferença de tensão entre os dois ramos ou a corrente através de um detector colocado no braço central.

Para utilizar a ponte de Wheatstone com os medidores, alguns aspectos devem ser levados em consideração, como a fiação da ponte. Muitas vezes o medidor e a ponte não estão localizados no mesmo local: portanto as resistências e variações de temperatura dos cabos podem afetar os resultados obtidos. Para evitar isto é necessário equilibrar e calibrar a ponte. Este procedimento significa que não pode haver tensão na saída da ponte e a calibração deve ser feita corretamente, verificando se a ponte de Wheatstone está produzindo os resultados corretamente.

Os manômetros são utilizados para medição eletrônica de diferentes grandezas mecânicas como pressão, carga, deformação, torque, entre outras. Essas medidas podem ser classificadas como mistas, dinâmicas e estáticas. Os mistos são utilizados para elementos sujeitos a cargas variáveis, os dinâmicos são utilizados para elementos que vibram ou são impactados e os estáticos, como o próprio nome indica, são elementos sujeitos a cargas que não estão em movimento.

No passado, eram utilizados medidores de metal e sua estrutura era feita de metal. Hoje em dia é mais comum a utilização de medidores semicondutores, pois eles têm a capacidade de suportar maiores resistências, principalmente porque esse tipo de medidor possui melhor sensibilidade quando comparado aos medidores metálicos, embora estes últimos apresentem menor sensibilidade térmica.

Este sistema de medição é muito utilizado na construção civil para ver os recalques que o concreto apresenta no mês seguinte à sua construção. Também é utilizado para monitorar a deformação que uma ponte pode sofrer e assim evitar que ela desmorone sem perceber o problema.

Existem dois tipos de aplicações que os medidores podem ter. Uma delas é que, devido à variável que se pretende encontrar, a variável de deformação é intermediária. E a outra é que, quando se deseja conhecer o estado de tensão de uma superfície, envolve a medição direta da deformação. Desta forma, os medidores são utilizados em diversos campos de aplicação, dependendo das necessidades.

Existem diferentes critérios pelos quais as aplicações de medidores podem ser analisadas. Podem ser: o tipo de trabalho, a faixa de medição ou comportamentos dinâmicos. O tipo de trabalho se deve a ações como tensão e compressão, que são utilizadas para medições de peso, linha ou uso geral, e ações como fadiga e impacto, utilizadas para testes dinâmicos. A faixa de medição é dividida em microcélulas de carga para alta precisão e ampla faixa para uso geral. Por fim, o comportamento dinâmico é atribuído à fadiga e às altas velocidades, utilizadas para sistemas submetidos a fadiga e vibração e testes dinâmicos, respectivamente.

Os extensômetros são sensores piezoresistivos, geralmente fabricados com materiais metálicos ou semicondutores (silício ou germânio), cujo objetivo é a micromedição de deformações em qualquer direção e com qualquer sentido de um ponto específico da estrutura, através do processamento de dados obtidos após a variação da resistência elétrica da chapa (que ocorre quando submetida a um estresse mecânico). Utilizando os dados obtidos com esta tecnologia (a deformação) e com o modelo matemático da relação tensão-deformação da lei de Hooke (a deformação de um material elástico é diretamente proporcional à força aplicada), podem ser deduzidas as tensões em diferentes pontos externos e internos da estrutura, sendo também possível obter o módulo de Young e o coeficiente de Poisson. No processo, onde os medidores estão sujeitos a deformações, deve-se tomar cuidado para não ultrapassar o limite de deformação elástica do elemento, para que os resultados sejam verdadeiros.

Os extensômetros são úteis para todas aquelas situações em que é necessário encontrar tensões e deformações em estruturas que atendem à lei de Hooke, como aviões, vagões de trem, pontes, guindastes, concreto armado, automóveis e edifícios, entre outros. Freqüentemente é importante estudar um grande número de pontos, por isso o medidor se torna a melhor opção por ser muito fácil de implantar. Normalmente, os medidores são usados ​​para fins de pesquisa e desenvolvimento.

Os extensômetros na área de engenharia civil podem ser utilizados na pesquisa e depuração de métodos para aproximar os dados obtidos em laboratório com a previsão de deformações e tensões de modelos matemáticos, além do controle de deformações em fissuras de elementos estruturais (vigas, pavimentos, telas, paredes, etc.). Um exemplo: na instalação de medidores ao longo de uma ponte, onde é controlada a posição dos pontos descarregados e carregados, a fim de comparar o comportamento real da estrutura em relação ao que foi projetado. Também em pavimentos, as deformações na estrutura geradas pelo tráfego de veículos podem ser controladas por meio de extensômetros. Outro exemplo é o controle de recalques gerais e diferenciais em fundações de estruturas, taludes, taludes e em maciços expostos à consolidação, entre outros.

Na medicina, os medidores têm um amplo campo de aplicação: sensores odontológicos, dispositivos oftalmológicos, transfusões de sangue, bombas de infusão, dispositivos ortopédicos, pinças manuais, sensores em tendões e ligamentos, transdutores do túnel do carpo, simuladores articulares "Articulação (anatomia)"), verificação de dispositivos de torque e pesagem de substâncias. E por meio de todos esses sensores é possível medir parâmetros biológicos como pressão e temperatura corporal, bem como fluxo em diferentes órgãos e partes do corpo.

Os extensômetros também são usados ​​em agronomia. Por exemplo, são dispositivos adequados para determinar os esforços a que estão sujeitas as ferramentas de “Lavoura (agricultura)”, e também para determinar se há excesso ou falta de água nas árvores, e para monitorizar a variação do diâmetro dos troncos. Servem para verificar o uso adequado e o controle da irrigação da água, de forma a não explorar excessivamente a água utilizada na agricultura.

Na engenharia biomédica, os medidores são usados ​​para gerar dispositivos que podem analisar a miografia, um procedimento médico que analisa o comportamento muscular. Para saber a força das contrações do coração, podem ser usados ​​extensômetros ou para detectar complicações causadas pela pressão arterial no diafragma rígido. Também é usado para testar medicamentos e tratamentos em animais e para analisar as reações cardíacas que neles ocorrem e determinar se seu uso em humanos é possível. Balanças eletrônicas e de precisão são compostas por medidores internos: conforme o peso aumenta ou diminui, o sensor varia sua resistência. Estes têm muita precisão, pois ao colocar muito peso o medidor ultrapassa o limite de resistência e a balança gera resultados incorretos.

As fibras ópticas podem ser utilizadas como sensores para medir, entre outras variáveis, a tensão, uma vez que medidores são utilizados para verificar o funcionamento dos sensores de fibra óptica. Isto é conseguido medindo testes usando fibras ópticas e medidores e depois realizando uma comparação.[8]​.

A magnetostrição é a propriedade dos materiais magnéticos que faz com que eles mudem de forma quando na presença de um campo magnético. Alguns dos processos de medição da magnetostrição incluem o uso de medidores, aderindo um à superfície de um disco e submetendo-o a diferentes forças magnéticas. Como a magnetostrição é uma deformação, podemos medi-la usando o medidor, atingindo uma precisão de até 10^-6. Outro aspecto a destacar é a possibilidade de utilização de extensômetros para esta aplicação em uma ampla faixa de temperaturas, desde a temperatura de liquefação do hélio (4,2°) até temperaturas próximas a 500.[9]​.

Dependendo do tipo de trabalho ou tarefa específica a ser executada, deve-se primeiro selecionar o tipo de medidor para obter resultados adequados, o que aparentemente pode ser bastante simples, embora não se deva esquecer que certos elementos dependem de uma seleção racional, analisando as características e parâmetros específicos dos extensômetros, tais como:

Muitos outros fatores também devem ser considerados: duração, faixa de tensão e temperaturas de operação, para escolher a melhor combinação correspondente de extensômetro e adesivo.

Deve-se notar que o processo de seleção do extensômetro geralmente apresenta uma série de compensações. Isso porque, dependendo da escolha de parâmetros que tendem a satisfazer algum requisito, pode funcionar até certo ponto contra outros.

Por exemplo, quando se trabalha em espaços extremamente pequenos, onde a instalação e utilização do gabarito é um pouco mais complicada e o gradiente de tensão é extremamente alto, a utilização de gabaritos mais curtos pode ser a opção ideal para este tipo de trabalho; Entretanto, deve-se notar que medidores menores (3 mm) geralmente têm um alongamento máximo pequeno e que a vida útil do medidor é marcadamente reduzida quando submetido a condições de fadiga. Por estas razões, é necessário chegar a um compromisso que ajude a satisfazer qualquer conjunto de circunstâncias que possam surgir e julgar esse compromisso pela validade e precisão dos dados obtidos.

A preparação da superfície “Superfície (física)”) não segue necessariamente o mesmo processo, pois para cada objetivo e material são levadas em consideração diferentes.

O processo de preparação da superfície “Superfície (física)”) é tão importante quanto o processo de instalação do medidor, pois se a superfície de instalação “Superfície (física)”) não estiver em perfeitas condições, isso afetará a medição do medidor, pois ele não consegue atingir perfeita adesão à superfície, ou possui superfície com alcalinidade inadequada. Este procedimento é realizado lixando a superfície "Superfície (física)"), limpando-a quimicamente com acetona, marcando a direção ou direções de localização do medidor e neutralização química.

A marcação da direção dos extensômetros requer um estudo que determine o ponto a ser avaliado, os principais planos coordenados e o tipo de tensão mecânica (tração ou compressão) a que a estrutura estará submetida.[10]​.

Devido às necessidades do operador, diferentes designs e técnicas podem ser manuseados. Normalmente, a ideia é fixar o medidor no corpo de prova na direção ou direções em que se deseja saber as deformações ao aplicar uma força.

O medidor e as placas de conexão são elementos extremamente delicados, por isso devem ser manuseados de maneira adequada, com auxílio de uma pinça.

Na hora de escolher um medidor é importante analisar diversos parâmetros de acordo com a necessidade como comprimento, associado ao gradiente de tensão, picos de tensão e espaço para instalação; o padrão de grade, a resistência e o número STC (autocompensação de temperatura, que é a saída térmica). Esses parâmetros considerados para a escolha do medidor são influenciados e devem ser avaliados de acordo com os requisitos e necessidades da operação, onde são considerados aspectos como precisão, durabilidade, estabilidade, temperatura, facilidade de instalação, alongamento, resistência cíclica e resistência ambiental do medidor.[11]​.

A instalação do medidor consiste em obter perfeita aderência e posicionamento do medidor na superfície de teste para obter a medição mais precisa possível. O processo de instalação consiste na perfeita localização das pastilhas no manômetro, seu correto alinhamento, colocação e colagem na superfície de teste e soldagem dos terminais do manômetro em um medidor de resistência ou computador, para obtenção dos dados.

Os extensômetros são muito sensíveis a diversos fatores ambientais, devido à sua delicadeza e ao efeito das mudanças térmicas na sua precisão, por isso é importante que o medidor e sua conexão elétrica sejam protegidos com silicones, resinas epóxi ou mesmo fita adesiva.

Os extensômetros dependem do objetivo final do estudo. Podem ser utilizadas configurações envolvendo um ou mais medidores voltados para diferentes direções. Esta configuração depende se as forças a serem medidas estão em direções uniaxiais, biaxiais ou se estão em direções diferentes.

No caso de tensões em uma única direção, são frequentemente utilizados sensores longos e estreitos, que permitem maximizar a deformação no medidor de material na direção de interesse.

Ao trabalhar em múltiplas direções, podemos obter medições simultâneas usando múltiplos medidores configurados nas direções de interesse. Contudo, é possível tornar esta tarefa mais simples e precisa através da utilização de medidores multielementos.

Uma configuração de medidores muito conveniente pode ser a roseta de deformação, na qual três medidores estão localizados a 45°, cada um com a finalidade de medir deformações em todas as direções.

Contenido

La galga extensiométrica es la parte del sistema de medición que trasforma la deformación inducida por el modelo en una variación de resistencia; a esto se le conoce como efecto piezorresistivo. Este efecto consiste en que un filamento de material semiconductor que se ve sometido a una deformación modificará su resistencia proporcionalmente a la deformación inducida, si la galga esta soldada químicamente, a un modelo de estudio, y si este modelo se deforma por efecto de una fuerza externa, la galga también se deformará. Haciendo una lectura de la variación de resistencia, se puede llegar a conocer la deformación que el modelo indujo a la galga, y por tanto, la deformación unitaria que el modelo experimentó por efecto de la fuerza.

Sensor

O sensor é o dispositivo que, ao interagir com grandezas físicas ou químicas, denominadas variáveis ​​de instrumentação, sofre alterações em suas propriedades. No caso dos extensômetros, a magnitude física da interação é a deformação e a propriedade alterada é o fator de resistência elétrica. Normalmente, dois sensores de compressão e dois sensores de tração são conectados. Esta conexão é feita na mesma temperatura, para evitar gerar alterações nas informações devido à temperatura. Neste caso, esta variável elétrica é proporcional à variável de instrumentação.

Isso corresponde aos medidores como tais. O componente do sistema que recebe diretamente uma deformação devido ao alongamento sofre uma variação na sua capacidade de conduzir eletricidade. Ou seja, a deformação do modelo gera uma variação linear da sua resistência no sensor, até atingir o seu estado de fluxo.

Existem diferentes tipos de sensores para medidores, mas o mais comum deles é o sensor piezoelétrico, que se baseia no fato de que um material piezoelétrico como o quartzo ou o titanato de bário, ao receber uma deformação gerada por uma tensão, gera um sinal elétrico. Outro tipo de sensor é o indutivo, que se baseia no princípio de que um núcleo em movimento, ao ser movimentado dentro de uma bobina, aumenta a tensão induzida no enrolamento secundário. Um exemplo disso é o sensor de posição do virabrequim de um veículo, que possui uma resistência, mas quando o virabrequim gira seu contrapeso se aproxima do sensor e o metal gera um campo magnético, que faz com que sua resistência varie e envie um sinal.

Transdutor

O transdutor é um dispositivo que converte um sinal de uma forma física em um sinal correspondente, mas de uma forma física diferente.

A variação da resistência obtida nos medidores é um valor direto da deformação, mas em sistemas de aquisição eletrônica não é correto tentar ler a resistência e digitalizar esses valores. É por isso que, com a ajuda de um transdutor, esta variação de resistência está associada a uma variação de tensão, que também é proporcional à deformação. Então, uma variação de resistência no medidor é lida pelo transdutor e associada a uma variação de tensão.

Amplificador

A variação de tensão que registra a deformação do manômetro é muito pequena, pequena demais para ser digitalizada, por isso é necessário amplificá-la. Os valores ideais de amplificação estão relacionados ao digitalizador disponível. A faixa de leitura do digitalizador deve ser levada em consideração, pois se a tensão for estendida acima desta faixa, os dados serão perdidos.

Registro de dados

O sistema que está disponível até o momento da amplificação é um sistema de medição contínua. Porém, para armazenar os dados, deve-se tomar cada intervalo de tempo determinado, o que permite uma resolução óptica do registro. Finalmente, os dados obtidos são uma série de valores de tempo e tensão.

A temperatura é um fator de grande relevância e, portanto, deve ser levada em consideração e determinada com a maior precisão possível o quanto ela influencia o material que compõe o extensômetro na realização de um ensaio, embora na prática seja muito difícil determinar essas considerações, e junto com isso o cálculo é complicado pelas correções que devem ser feitas devido aos efeitos da temperatura. Por este motivo, ao realizar o teste ou experimento, essas correções devem ser determinadas para os efeitos da temperatura, pois ela influencia os dados coletados. Para realizar este cálculo são utilizados dois extensômetros: um que é instalado no objeto de teste (que se deformará), enquanto outro é colocado em um elemento idêntico ao objeto de teste, com a diferença de que não estará sujeito a tensões, de modo que não sofrerá deformações. Esses dois elementos e seus próprios medidores são unidos a um circuito elétrico disposto em forma de ponte de Wheatstone, de tal forma que qualquer variação na resistência do primeiro medidor, devido à temperatura, será anulada por uma variação semelhante no segundo medidor, e a condição de desequilíbrio observada na ponte ocorrerá apenas na deformação unitária do primeiro. Ressalta-se que deve-se ter cuidado na instalação dos medidores, para que seja feita exatamente da mesma forma nos respectivos corpos de prova e com suas respectivas peças.[12]​.

Todos os cuidados necessários devem ser tomados para que o sinal não seja alterado, principalmente variações de temperatura, que podem produzir dilatação térmica no manômetro e isso por sua vez pode afetar sua resistência, produzindo dados errôneos na medição de deformações. Deve-se levar em consideração o fator de expansão do medidor ou fator de medição (GF), que é calculado da seguinte forma:

onde:.

Como a resistência elétrica é afetada pela temperatura, é possível adicionar esse fator de diminuição da seguinte forma:

onde:.

Na prática, os equipamentos de medição de deformação podem ser ajustados para trabalhar com um quarto, meio e ponte de Wheatstone, ou seja, com um, dois e quatro medidores respectivamente. Nestes modelos, o diferencial de temperatura é assumido por um manômetro, cuja resistência está incluída no circuito eletrônico. Quando se consegue um equilíbrio entre as resistências dos medidores, os efeitos da temperatura são cancelados, pois afeta cada um deles igualmente. A utilização destas montagens depende da precisão desejada.

Quando utilizado um quarto de ponte, ele apresenta baixa sensibilidade e como existe apenas um medidor, não tem compensação de temperatura, portanto deve ser instalado um adicional para compensar. Ao utilizar meia ponte, a disposição dos medidores permite a compensação de temperatura; Além disso, há maior precisão no sinal de saída. Ao utilizar a ponte completa, há compensação completa de temperatura e resistência, permitindo alta precisão.

Muitos materiais metálicos têm um coeficiente de Poisson de 0,25 a 0,35, o que faz com que o fator de medição flutue entre 1,5 e 5, dependendo da mudança na resistividade. Geralmente, os medidores de filme fino usados ​​na engenharia civil têm um fator de medição de 2 a 5; entretanto, medidores especiais feitos de materiais como o níquel podem registrar fatores de -12,1.

A deformação unitária pode ser expressa da seguinte forma:

A deformação máxima medida por um medidor depende principalmente da tensão de escoamento e do módulo de elasticidade do material de que são feitos; Portanto, pode-se fazer uma relação entre a deformação na superfície de estudo e a deformação máxima do material de medição, para determinar a deformação máxima possível de medir:.

Onde:.

Quando os medidores são adquiridos, o fabricante fornece os dados de resistência e fator do medidor com suas respectivas tolerâncias. Comercialmente, medidores de 120 ohms e 350 ohms podem ser adquiridos,[13]​ que geralmente têm fatores de medição de 2 e 3,18, respectivamente. A maioria dos metais pode sofrer uma tensão máxima que não excede 0,005 polegada/polegada, que é 0,5 polegada por 100 polegadas de material, ou 0,5%. Com essa deformação do material, a mudança de temperatura pode chegar a 1%. Desta forma e utilizando as fórmulas anteriores, a deformação do elemento pode ser calculada.[14]​[15]​.

Estudos iniciais: Lord Kelvin, Kearns, Ruge e Simmons

Os primeiros estudos realizados sobre medidores foram registrados no ano de 1856,[1]​ quando Lord Kelvin descobriu a relação entre a deformação e a resistência de fios condutores e semicondutores e percebeu como sua resistência elétrica mudava. No início da década de 1930, Charles Kearns usou extensômetros para medir deformações vibratórias em hélices de pás de alto desempenho; Porém, esses medidores não eram muito precisos, pois apresentavam problemas na estabilidade da resistência (R), que era afetada por fatores como temperatura, e eram gerados erros nas medições de deformação. Mais tarde, em 1938, Arthur C. Ruge e Edward E. Simmons descobriram que condutores elétricos de pequeno diâmetro feitos de ligas podiam ser aderidos a superfícies para calcular deformações, e foi assim que os medidores lamelares foram criados. Este tipo de elemento teve grandes avanços e constitui o que hoje se conhece como extensômetros[2].

Direitos de patente: Caltech v. Saunders Roe

A Caltech entrou com um processo pela patente do medidor, mas Simmons levou seu caso à Suprema Corte da Califórnia e ganhou os direitos da patente em 1949. Em 1952, a empresa Saunders-Roe, no Reino Unido, procurou melhorar o desempenho dos medidores, submetendo-os a diferentes ambientes e testando diferentes tipos de materiais para sua fabricação. Patentearam os medidores finos que são atualmente utilizados na medição de deformações, em diversas áreas industriais e científicas. Desta forma, o modelo físico do medidor poderia ser melhorado, reduzindo significativamente tamanho e custos.

Samuel Hunter Christie

Em 1832, Samuel Hunter Christie inventou o instrumento de medição de resistência elétrica (conhecido como ponte de Wheatstone, porque foi melhorado e popularizado em 1843 pelo cientista britânico Charles Wheatstone). O modelo elétrico é composto por quatro resistências em circuito fechado, onde uma delas é a que será avaliada. Isto é usado para medir a resistência equilibrando os braços da ponte.

Charles Wheatstone

Sir Charles Wheatstone foi um cientista e inventor britânico que durante a era vitoriana deu uma grande contribuição com suas invenções, das quais a mais significativa é a ponte de Wheatstone, mas também trabalhou em outras invenções como o estereoscópio, a técnica de codificação Playfair e o caleidofone.

Os extensômetros aproveitam a propriedade física da resistência elétrica e sua dependência não apenas da resistividade do condutor, que é uma propriedade do próprio material, mas também da geometria do condutor. Quando um condutor elétrico é deformado dentro do seu limite de elasticidade, de modo que não ocorra nele ruptura ou deformação permanente, ele se tornará mais estreito e alongado. Este fato aumenta sua resistência elétrica. Da mesma forma, quando o condutor é comprimido ele encurta e alarga, reduzindo assim a sua resistência à passagem da corrente elétrica. Desta forma, medindo a resistência elétrica do medidor, pode-se deduzir a magnitude da tensão aplicada ao objeto.

Medidores metálicos

Os medidores de metal são constituídos por uma base muito fina e fina, à qual está preso um fio metálico muito fino que pode ser enrolado ou dobrado. Os dois terminais onde as extremidades dos fios estão conectados aos transdutores. Esses medidores têm a vantagem de um baixo coeficiente de temperatura, pois a diminuição da mobilidade dos elétrons é compensada pelo aumento da temperatura com o aumento da sua concentração. Nos medidores de metal a corrente máxima é de cerca de 25 mA se o suporte for um bom condutor de calor, e 5 mA caso contrário; Em qualquer caso, nos medidores metálicos existe uma grande limitação de corrente. As principais características dos medidores metálicos em condições normais estabelecem que seu tamanho varia entre 0,4 mm e 150 mm, e uma resistência variável entre 120 Ω e 5000 Ω. Sua tolerância de resistência está na faixa de 0,1% e 0,2%.

A resistência elétrica do medidor de metal é dada pela relação entre a resistividade e o comprimento em relação à área da seção transversal.

Eles podem ser:

As principais ligas utilizadas pelos medidores metálicos são:

Alguns dos materiais utilizados no suporte dos medidores metálicos podem ser:

Os medidores feitos com materiais de suporte epóxi-fenólico reforçados com fibra de vidro são uma boa escolha para excelentes resultados e desempenho ao trabalhar em uma ampla faixa de temperaturas.

Esses materiais podem ser usados ​​para medições estáticas e dinâmicas de -269 a +290 °C.

As diferentes séries de medidores com suporte epoxifenólico podem ser encontradas com diferentes siglas ou abreviaturas: WA, WK, SA, SK, WD e SD.

Medidores de resistência

Esse tipo de medidor é um condutor elétrico que, ao ser deformado, aumenta sua resistência, pois os condutores ficam mais longos e finos. Utilizando a ponte de Wheatstone, podemos converter esta resistência em tensão absoluta. e enquanto a deformação obedecer à lei de Hooke, a deformação e a tensão absoluta serão linearmente relacionadas por um fator denominado fator de calibre.

Este tipo de medidor é geralmente usado em condições de laboratório.

Medidores de capacitância

Estes estão associados a características geométricas e são usados ​​para medir tensões e deformações. As propriedades elétricas dos materiais utilizados para deformação possuem propriedades elétricas insignificantes, portanto os materiais dos medidores de capacitância podem ser calibrados de acordo com os requisitos mecânicos. Isso permite que eles tenham melhores calibrações em comparação com o tipo elétrico.

Medidores fotoelétricos

Utilizando um extensômetro podemos amplificar o movimento da amostra, enquanto um raio de luz passa por uma abertura variável, atuando com o extensômetro e diretamente com uma célula fotoelétrica. À medida que o medidor muda sua abertura, também muda a quantidade de luz que chega à célula, o que significa que a intensidade da energia gerada pela célula apresenta uma variação, que podemos medir, e a partir disso obtemos a deformação.

Medidores de semicondutores

Nos medidores semicondutores existe um elemento semicondutor em vez do fio metálico. A grande diferença em relação aos demais medidores é o seu tamanho, já que é menor. A potência máxima dissipável em medidores de semicondutores é de cerca de 250 mW. Os medidores semicondutores são capazes de suportar alta resistência, sua vida à fadiga é maior e possuem menor histerese, que é a capacidade do material de reter suas propriedades sob diferentes estímulos.

Existem alguns aspectos característicos: em condições normais, seu tamanho varia entre 1 mm e 5 mm, sua resistência está entre aproximadamente 1000 Ω e 5000 Ω e sua tolerância de resistência está entre 1% e 2%.

Os elementos mais abundantes para fazer esses medidores são:

Os extensômetros personalizados são fáceis de instalar e fornecem medições de temperatura bastante precisas no ponto onde os sensores são instalados; Eles também podem ser usados ​​em processos industriais e militares que envolvem medições de tubos de expansão. Esses sensores são adaptados para medir a tensão circular em torno do diâmetro da superfície na qual estão montados.[6]​.

Comprimento

Corresponde à região ativa ou comprimento da grade sensível à tensão de um medidor. Cotovelos e almofadas de solda não são significativamente sensíveis ao estresse, devido à sua grande seção transversal e baixa resistência elétrica. Existem medidores com comprimentos que variam de 0,2 mm. até 100 mm.

Concentração de esforço

Um dos fatores mais importantes na determinação do desempenho ideal de um extensômetro é o seu comprimento. Por exemplo, quando se deseja determinar as medições de tensões em alguma parte ou estrutura crítica de uma máquina, essas medições devem ser feitas nas partes onde estão concentradas as maiores tensões, que geralmente são aquelas que apresentam maior grau de fadiga. Os extensômetros tendem a integrar ou calcular a média da área coberta pela grade, pois essa média, a da distribuição de uma tensão não uniforme, é sempre menor que o máximo.

Um extensômetro que seja mais longo que a região de tensão indicará uma magnitude de tensão muito baixa.

Ter em conta, como regra geral e na medida do possível, que o comprimento de um medidor não deve ser superior à dimensão da causa da tensão, para que tal medição seja aceitável. Quando a causa da tensão é pequena (da ordem de 13 mm), de acordo com a regra geral, devem ser utilizados medidores muito pequenos, e como a utilização destes traz consigo outra série de problemas, uma relação de compromisso teria que ser alcançada.

medidores curtos

Strain gages cujo comprimento é de cerca de 3 mm. Eles tendem a experimentar um desempenho um tanto degradado, especialmente no que diz respeito ao seu alongamento máximo, à sua estabilidade sob condições de tensão estática e à sua durabilidade quando submetidos a tensões cíclicas alternadas. Quando qualquer uma dessas condições diminui a precisão da medição em maior extensão que a tensão média, é necessário utilizar um medidor mais longo.

Medidores longos

Quando for necessária a utilização deste tipo de medidores, vale citar algumas vantagens que podem ser obtidas com sua utilização:

Todas essas considerações podem ser muito importantes quando se trabalha com materiais plásticos ou algum outro tipo de material que possua baixa dissipação de calor.

Média de esforço

Uma das aplicações dos extensômetros longos é a capacidade de determinar tensões em materiais não homogêneos.

Tomando como exemplo o betão, onde podemos encontrar uma mistura de agregados, geralmente pedra, e cimento; Quando medimos os esforços sobre um material deste tipo, é aconselhável utilizar um medidor suficientemente longo para cobrir vários pedaços de agregado, para obter uma amostra representativa dos esforços que estão a ser gerados na estrutura. O que se busca neste tipo de medição são as médias e não os pontos de tensão máxima gerados na interface agregado-cimento. Quando se deseja medir as tensões neste tipo de estruturas não homogêneas, o comprimento do medidor deve ser maior que o comprimento das partículas do material não homogêneo.

Para tratar a variação de tensão é utilizada uma ponte de Wheatstone, que é formada por quatro resistores unidos em um círculo fechado, sendo que um deles é a resistência sob medição. A ponte de Wheatstone pode operar em corrente contínua e alternada, permitindo medições de diferentes resistências. A sensibilidade deste elemento depende de como ele é composto. Desta forma, é possível medir resistências desconhecidas equilibrando os braços da ponte.

Porém, este método pode apresentar alguns erros em sua medição, devido a aspectos como os seguintes:

A forma mais comum de obter um sinal elétrico como resultado de uma medição utilizando a ponte de Wheatstone é através do método de deflexão. Este método, ao invés de avaliar o equilíbrio da ponte, o que faz é medir a diferença de tensão entre os dois ramos ou a corrente através de um detector colocado no braço central.

Para utilizar a ponte de Wheatstone com os medidores, alguns aspectos devem ser levados em consideração, como a fiação da ponte. Muitas vezes o medidor e a ponte não estão localizados no mesmo local: portanto as resistências e variações de temperatura dos cabos podem afetar os resultados obtidos. Para evitar isto é necessário equilibrar e calibrar a ponte. Este procedimento significa que não pode haver tensão na saída da ponte e a calibração deve ser feita corretamente, verificando se a ponte de Wheatstone está produzindo os resultados corretamente.

Os manômetros são utilizados para medição eletrônica de diferentes grandezas mecânicas como pressão, carga, deformação, torque, entre outras. Essas medidas podem ser classificadas como mistas, dinâmicas e estáticas. Os mistos são utilizados para elementos sujeitos a cargas variáveis, os dinâmicos são utilizados para elementos que vibram ou são impactados e os estáticos, como o próprio nome indica, são elementos sujeitos a cargas que não estão em movimento.

No passado, eram utilizados medidores de metal e sua estrutura era feita de metal. Hoje em dia é mais comum a utilização de medidores semicondutores, pois eles têm a capacidade de suportar maiores resistências, principalmente porque esse tipo de medidor possui melhor sensibilidade quando comparado aos medidores metálicos, embora estes últimos apresentem menor sensibilidade térmica.

Este sistema de medição é muito utilizado na construção civil para ver os recalques que o concreto apresenta no mês seguinte à sua construção. Também é utilizado para monitorar a deformação que uma ponte pode sofrer e assim evitar que ela desmorone sem perceber o problema.

Existem dois tipos de aplicações que os medidores podem ter. Uma delas é que, devido à variável que se pretende encontrar, a variável de deformação é intermediária. E a outra é que, quando se deseja conhecer o estado de tensão de uma superfície, envolve a medição direta da deformação. Desta forma, os medidores são utilizados em diversos campos de aplicação, dependendo das necessidades.

Existem diferentes critérios pelos quais as aplicações de medidores podem ser analisadas. Podem ser: o tipo de trabalho, a faixa de medição ou comportamentos dinâmicos. O tipo de trabalho se deve a ações como tensão e compressão, que são utilizadas para medições de peso, linha ou uso geral, e ações como fadiga e impacto, utilizadas para testes dinâmicos. A faixa de medição é dividida em microcélulas de carga para alta precisão e ampla faixa para uso geral. Por fim, o comportamento dinâmico é atribuído à fadiga e às altas velocidades, utilizadas para sistemas submetidos a fadiga e vibração e testes dinâmicos, respectivamente.

Os extensômetros são sensores piezoresistivos, geralmente fabricados com materiais metálicos ou semicondutores (silício ou germânio), cujo objetivo é a micromedição de deformações em qualquer direção e com qualquer sentido de um ponto específico da estrutura, através do processamento de dados obtidos após a variação da resistência elétrica da chapa (que ocorre quando submetida a um estresse mecânico). Utilizando os dados obtidos com esta tecnologia (a deformação) e com o modelo matemático da relação tensão-deformação da lei de Hooke (a deformação de um material elástico é diretamente proporcional à força aplicada), podem ser deduzidas as tensões em diferentes pontos externos e internos da estrutura, sendo também possível obter o módulo de Young e o coeficiente de Poisson. No processo, onde os medidores estão sujeitos a deformações, deve-se tomar cuidado para não ultrapassar o limite de deformação elástica do elemento, para que os resultados sejam verdadeiros.

Os extensômetros são úteis para todas aquelas situações em que é necessário encontrar tensões e deformações em estruturas que atendem à lei de Hooke, como aviões, vagões de trem, pontes, guindastes, concreto armado, automóveis e edifícios, entre outros. Freqüentemente é importante estudar um grande número de pontos, por isso o medidor se torna a melhor opção por ser muito fácil de implantar. Normalmente, os medidores são usados ​​para fins de pesquisa e desenvolvimento.

Os extensômetros na área de engenharia civil podem ser utilizados na pesquisa e depuração de métodos para aproximar os dados obtidos em laboratório com a previsão de deformações e tensões de modelos matemáticos, além do controle de deformações em fissuras de elementos estruturais (vigas, pavimentos, telas, paredes, etc.). Um exemplo: na instalação de medidores ao longo de uma ponte, onde é controlada a posição dos pontos descarregados e carregados, a fim de comparar o comportamento real da estrutura em relação ao que foi projetado. Também em pavimentos, as deformações na estrutura geradas pelo tráfego de veículos podem ser controladas por meio de extensômetros. Outro exemplo é o controle de recalques gerais e diferenciais em fundações de estruturas, taludes, taludes e em maciços expostos à consolidação, entre outros.

Na medicina, os medidores têm um amplo campo de aplicação: sensores odontológicos, dispositivos oftalmológicos, transfusões de sangue, bombas de infusão, dispositivos ortopédicos, pinças manuais, sensores em tendões e ligamentos, transdutores do túnel do carpo, simuladores articulares "Articulação (anatomia)"), verificação de dispositivos de torque e pesagem de substâncias. E por meio de todos esses sensores é possível medir parâmetros biológicos como pressão e temperatura corporal, bem como fluxo em diferentes órgãos e partes do corpo.

Os extensômetros também são usados ​​em agronomia. Por exemplo, são dispositivos adequados para determinar os esforços a que estão sujeitas as ferramentas de “Lavoura (agricultura)”, e também para determinar se há excesso ou falta de água nas árvores, e para monitorizar a variação do diâmetro dos troncos. Servem para verificar o uso adequado e o controle da irrigação da água, de forma a não explorar excessivamente a água utilizada na agricultura.

Na engenharia biomédica, os medidores são usados ​​para gerar dispositivos que podem analisar a miografia, um procedimento médico que analisa o comportamento muscular. Para saber a força das contrações do coração, podem ser usados ​​extensômetros ou para detectar complicações causadas pela pressão arterial no diafragma rígido. Também é usado para testar medicamentos e tratamentos em animais e para analisar as reações cardíacas que neles ocorrem e determinar se seu uso em humanos é possível. Balanças eletrônicas e de precisão são compostas por medidores internos: conforme o peso aumenta ou diminui, o sensor varia sua resistência. Estes têm muita precisão, pois ao colocar muito peso o medidor ultrapassa o limite de resistência e a balança gera resultados incorretos.

As fibras ópticas podem ser utilizadas como sensores para medir, entre outras variáveis, a tensão, uma vez que medidores são utilizados para verificar o funcionamento dos sensores de fibra óptica. Isto é conseguido medindo testes usando fibras ópticas e medidores e depois realizando uma comparação.[8]​.

A magnetostrição é a propriedade dos materiais magnéticos que faz com que eles mudem de forma quando na presença de um campo magnético. Alguns dos processos de medição da magnetostrição incluem o uso de medidores, aderindo um à superfície de um disco e submetendo-o a diferentes forças magnéticas. Como a magnetostrição é uma deformação, podemos medi-la usando o medidor, atingindo uma precisão de até 10^-6. Outro aspecto a destacar é a possibilidade de utilização de extensômetros para esta aplicação em uma ampla faixa de temperaturas, desde a temperatura de liquefação do hélio (4,2°) até temperaturas próximas a 500.[9]​.

Dependendo do tipo de trabalho ou tarefa específica a ser executada, deve-se primeiro selecionar o tipo de medidor para obter resultados adequados, o que aparentemente pode ser bastante simples, embora não se deva esquecer que certos elementos dependem de uma seleção racional, analisando as características e parâmetros específicos dos extensômetros, tais como:

Muitos outros fatores também devem ser considerados: duração, faixa de tensão e temperaturas de operação, para escolher a melhor combinação correspondente de extensômetro e adesivo.

Deve-se notar que o processo de seleção do extensômetro geralmente apresenta uma série de compensações. Isso porque, dependendo da escolha de parâmetros que tendem a satisfazer algum requisito, pode funcionar até certo ponto contra outros.

Por exemplo, quando se trabalha em espaços extremamente pequenos, onde a instalação e utilização do gabarito é um pouco mais complicada e o gradiente de tensão é extremamente alto, a utilização de gabaritos mais curtos pode ser a opção ideal para este tipo de trabalho; Entretanto, deve-se notar que medidores menores (3 mm) geralmente têm um alongamento máximo pequeno e que a vida útil do medidor é marcadamente reduzida quando submetido a condições de fadiga. Por estas razões, é necessário chegar a um compromisso que ajude a satisfazer qualquer conjunto de circunstâncias que possam surgir e julgar esse compromisso pela validade e precisão dos dados obtidos.

A preparação da superfície “Superfície (física)”) não segue necessariamente o mesmo processo, pois para cada objetivo e material são levadas em consideração diferentes.

O processo de preparação da superfície “Superfície (física)”) é tão importante quanto o processo de instalação do medidor, pois se a superfície de instalação “Superfície (física)”) não estiver em perfeitas condições, isso afetará a medição do medidor, pois ele não consegue atingir perfeita adesão à superfície, ou possui superfície com alcalinidade inadequada. Este procedimento é realizado lixando a superfície "Superfície (física)"), limpando-a quimicamente com acetona, marcando a direção ou direções de localização do medidor e neutralização química.

A marcação da direção dos extensômetros requer um estudo que determine o ponto a ser avaliado, os principais planos coordenados e o tipo de tensão mecânica (tração ou compressão) a que a estrutura estará submetida.[10]​.

Devido às necessidades do operador, diferentes designs e técnicas podem ser manuseados. Normalmente, a ideia é fixar o medidor no corpo de prova na direção ou direções em que se deseja saber as deformações ao aplicar uma força.

O medidor e as placas de conexão são elementos extremamente delicados, por isso devem ser manuseados de maneira adequada, com auxílio de uma pinça.

Na hora de escolher um medidor é importante analisar diversos parâmetros de acordo com a necessidade como comprimento, associado ao gradiente de tensão, picos de tensão e espaço para instalação; o padrão de grade, a resistência e o número STC (autocompensação de temperatura, que é a saída térmica). Esses parâmetros considerados para a escolha do medidor são influenciados e devem ser avaliados de acordo com os requisitos e necessidades da operação, onde são considerados aspectos como precisão, durabilidade, estabilidade, temperatura, facilidade de instalação, alongamento, resistência cíclica e resistência ambiental do medidor.[11]​.

A instalação do medidor consiste em obter perfeita aderência e posicionamento do medidor na superfície de teste para obter a medição mais precisa possível. O processo de instalação consiste na perfeita localização das pastilhas no manômetro, seu correto alinhamento, colocação e colagem na superfície de teste e soldagem dos terminais do manômetro em um medidor de resistência ou computador, para obtenção dos dados.

Os extensômetros são muito sensíveis a diversos fatores ambientais, devido à sua delicadeza e ao efeito das mudanças térmicas na sua precisão, por isso é importante que o medidor e sua conexão elétrica sejam protegidos com silicones, resinas epóxi ou mesmo fita adesiva.

Os extensômetros dependem do objetivo final do estudo. Podem ser utilizadas configurações envolvendo um ou mais medidores voltados para diferentes direções. Esta configuração depende se as forças a serem medidas estão em direções uniaxiais, biaxiais ou se estão em direções diferentes.

No caso de tensões em uma única direção, são frequentemente utilizados sensores longos e estreitos, que permitem maximizar a deformação no medidor de material na direção de interesse.

Ao trabalhar em múltiplas direções, podemos obter medições simultâneas usando múltiplos medidores configurados nas direções de interesse. Contudo, é possível tornar esta tarefa mais simples e precisa através da utilização de medidores multielementos.

Uma configuração de medidores muito conveniente pode ser a roseta de deformação, na qual três medidores estão localizados a 45°, cada um com a finalidade de medir deformações em todas as direções.

Contenido

La galga extensiométrica es la parte del sistema de medición que trasforma la deformación inducida por el modelo en una variación de resistencia; a esto se le conoce como efecto piezorresistivo. Este efecto consiste en que un filamento de material semiconductor que se ve sometido a una deformación modificará su resistencia proporcionalmente a la deformación inducida, si la galga esta soldada químicamente, a un modelo de estudio, y si este modelo se deforma por efecto de una fuerza externa, la galga también se deformará. Haciendo una lectura de la variación de resistencia, se puede llegar a conocer la deformación que el modelo indujo a la galga, y por tanto, la deformación unitaria que el modelo experimentó por efecto de la fuerza.

Sensor

O sensor é o dispositivo que, ao interagir com grandezas físicas ou químicas, denominadas variáveis ​​de instrumentação, sofre alterações em suas propriedades. No caso dos extensômetros, a magnitude física da interação é a deformação e a propriedade alterada é o fator de resistência elétrica. Normalmente, dois sensores de compressão e dois sensores de tração são conectados. Esta conexão é feita na mesma temperatura, para evitar gerar alterações nas informações devido à temperatura. Neste caso, esta variável elétrica é proporcional à variável de instrumentação.

Isso corresponde aos medidores como tais. O componente do sistema que recebe diretamente uma deformação devido ao alongamento sofre uma variação na sua capacidade de conduzir eletricidade. Ou seja, a deformação do modelo gera uma variação linear da sua resistência no sensor, até atingir o seu estado de fluxo.

Existem diferentes tipos de sensores para medidores, mas o mais comum deles é o sensor piezoelétrico, que se baseia no fato de que um material piezoelétrico como o quartzo ou o titanato de bário, ao receber uma deformação gerada por uma tensão, gera um sinal elétrico. Outro tipo de sensor é o indutivo, que se baseia no princípio de que um núcleo em movimento, ao ser movimentado dentro de uma bobina, aumenta a tensão induzida no enrolamento secundário. Um exemplo disso é o sensor de posição do virabrequim de um veículo, que possui uma resistência, mas quando o virabrequim gira seu contrapeso se aproxima do sensor e o metal gera um campo magnético, que faz com que sua resistência varie e envie um sinal.

Transdutor

O transdutor é um dispositivo que converte um sinal de uma forma física em um sinal correspondente, mas de uma forma física diferente.

A variação da resistência obtida nos medidores é um valor direto da deformação, mas em sistemas de aquisição eletrônica não é correto tentar ler a resistência e digitalizar esses valores. É por isso que, com a ajuda de um transdutor, esta variação de resistência está associada a uma variação de tensão, que também é proporcional à deformação. Então, uma variação de resistência no medidor é lida pelo transdutor e associada a uma variação de tensão.

Amplificador

A variação de tensão que registra a deformação do manômetro é muito pequena, pequena demais para ser digitalizada, por isso é necessário amplificá-la. Os valores ideais de amplificação estão relacionados ao digitalizador disponível. A faixa de leitura do digitalizador deve ser levada em consideração, pois se a tensão for estendida acima desta faixa, os dados serão perdidos.

Registro de dados

O sistema que está disponível até o momento da amplificação é um sistema de medição contínua. Porém, para armazenar os dados, deve-se tomar cada intervalo de tempo determinado, o que permite uma resolução óptica do registro. Finalmente, os dados obtidos são uma série de valores de tempo e tensão.

A temperatura é um fator de grande relevância e, portanto, deve ser levada em consideração e determinada com a maior precisão possível o quanto ela influencia o material que compõe o extensômetro na realização de um ensaio, embora na prática seja muito difícil determinar essas considerações, e junto com isso o cálculo é complicado pelas correções que devem ser feitas devido aos efeitos da temperatura. Por este motivo, ao realizar o teste ou experimento, essas correções devem ser determinadas para os efeitos da temperatura, pois ela influencia os dados coletados. Para realizar este cálculo são utilizados dois extensômetros: um que é instalado no objeto de teste (que se deformará), enquanto outro é colocado em um elemento idêntico ao objeto de teste, com a diferença de que não estará sujeito a tensões, de modo que não sofrerá deformações. Esses dois elementos e seus próprios medidores são unidos a um circuito elétrico disposto em forma de ponte de Wheatstone, de tal forma que qualquer variação na resistência do primeiro medidor, devido à temperatura, será anulada por uma variação semelhante no segundo medidor, e a condição de desequilíbrio observada na ponte ocorrerá apenas na deformação unitária do primeiro. Ressalta-se que deve-se ter cuidado na instalação dos medidores, para que seja feita exatamente da mesma forma nos respectivos corpos de prova e com suas respectivas peças.[12]​.

Todos os cuidados necessários devem ser tomados para que o sinal não seja alterado, principalmente variações de temperatura, que podem produzir dilatação térmica no manômetro e isso por sua vez pode afetar sua resistência, produzindo dados errôneos na medição de deformações. Deve-se levar em consideração o fator de expansão do medidor ou fator de medição (GF), que é calculado da seguinte forma:

onde:.

Como a resistência elétrica é afetada pela temperatura, é possível adicionar esse fator de diminuição da seguinte forma:

onde:.

Na prática, os equipamentos de medição de deformação podem ser ajustados para trabalhar com um quarto, meio e ponte de Wheatstone, ou seja, com um, dois e quatro medidores respectivamente. Nestes modelos, o diferencial de temperatura é assumido por um manômetro, cuja resistência está incluída no circuito eletrônico. Quando se consegue um equilíbrio entre as resistências dos medidores, os efeitos da temperatura são cancelados, pois afeta cada um deles igualmente. A utilização destas montagens depende da precisão desejada.

Quando utilizado um quarto de ponte, ele apresenta baixa sensibilidade e como existe apenas um medidor, não tem compensação de temperatura, portanto deve ser instalado um adicional para compensar. Ao utilizar meia ponte, a disposição dos medidores permite a compensação de temperatura; Além disso, há maior precisão no sinal de saída. Ao utilizar a ponte completa, há compensação completa de temperatura e resistência, permitindo alta precisão.

Muitos materiais metálicos têm um coeficiente de Poisson de 0,25 a 0,35, o que faz com que o fator de medição flutue entre 1,5 e 5, dependendo da mudança na resistividade. Geralmente, os medidores de filme fino usados ​​na engenharia civil têm um fator de medição de 2 a 5; entretanto, medidores especiais feitos de materiais como o níquel podem registrar fatores de -12,1.

A deformação unitária pode ser expressa da seguinte forma:

A deformação máxima medida por um medidor depende principalmente da tensão de escoamento e do módulo de elasticidade do material de que são feitos; Portanto, pode-se fazer uma relação entre a deformação na superfície de estudo e a deformação máxima do material de medição, para determinar a deformação máxima possível de medir:.

Onde:.

Quando os medidores são adquiridos, o fabricante fornece os dados de resistência e fator do medidor com suas respectivas tolerâncias. Comercialmente, medidores de 120 ohms e 350 ohms podem ser adquiridos,[13]​ que geralmente têm fatores de medição de 2 e 3,18, respectivamente. A maioria dos metais pode sofrer uma tensão máxima que não excede 0,005 polegada/polegada, que é 0,5 polegada por 100 polegadas de material, ou 0,5%. Com essa deformação do material, a mudança de temperatura pode chegar a 1%. Desta forma e utilizando as fórmulas anteriores, a deformação do elemento pode ser calculada.[14]​[15]​.